Saline Systems, 2005; 1: 2-2 (más artículos en esta revista)

A cien años de Dunaliella de investigación: 1905-2005

BioMed Central
Aharon Oren (orena@shum.cc.huji.ac.il) [1]
[1] The Institute of Life Sciences, The Hebrew University of Jerusalem, 91904 Jerusalem, Israel
[2] the Moshe Shilo Minerva Center for Marine Biogeochemistry, The Hebrew University of Jerusalem, 91904 Jerusalem, Israel

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Resumen

Cien años han pasado desde la descripción del género Dunaliella, las algas verdes unicelulares que se encarga de la mayor parte de la producción primaria en los ambientes hipersalinos y en todo el mundo. En el presente documento se ofrece un estudio histórico de la investigación sobre Dunaliella, de los comienzos en el siglo 19 para el fondo de los estudios taxonómicos Teodoresco, Hamburger, Lerche y otros desde el principio del siglo 20 en adelante. Trata de rastrear el origen de algunos de los más importantes avances que han contribuido a nuestra comprensión actual de esta alga que desempeña un papel fundamental en muchos ambientes hipersalinos.

1. Introducción

Cien años han pasado desde la descripción del género Dunaliella, las algas verdes unicelulares que se encarga de la mayor parte de la producción primaria en los ambientes hipersalinos y en todo el mundo. Primera avistó en 1838 en saltern estanques de evaporación en el sur de Francia por Michel Felix Dunal [1], es el nombre de su descubridor por Teodoresco en 1905 [2].

En el siglo que ha transcurrido desde su descripción formal, Dunaliella se ha convertido en un organismo modelo conveniente para el estudio de la sal en la adaptación de algas. La creación del concepto de solutos orgánicos compatibles para proporcionar equilibrio osmótico se basa en gran medida en el estudio de especies de Dunaliella. Además, la acumulación masiva de β-caroteno por algunas cepas bajo condiciones adecuadas de crecimiento ha dado lugar a interesantes aplicaciones biotecnológicas.

En el presente documento se ofrece un estudio histórico de la investigación sobre Dunaliella, de los comienzos en el siglo 19 para el fondo de los estudios taxonómicos Teodoresco, Hamburger, Lerche y otros desde el principio del siglo 20 en adelante. Intenta localizar - a menudo a través de citas de los artículos originales - el origen de algunos de los más importantes avances que han contribuido a nuestra comprensión actual de esta alga que desempeña un papel fundamental en muchos ambientes hipersalinos.

Amplia información adicional sobre el alga se puede encontrar en un examen por Ginzburg [3], en la revisión de varios autores editado por Avron y Ben-Amotz [4], y, en mi monografía sobre microorganismos halófilos y su medio ambiente [5].

2. Informes sobre Dunaliella Antes de 1905

La primera descripción de un unicelulares biflagellate alga de color rojo-viven en salmueras concentradas (Fig. 1] se dio en 1838 por Dunal [1], en la que informó de la aparición del organismo que hoy conocemos como la Dunaliella salina en el salterns de Montpellier, en la Costa mediterránea de Francia. El la llamó los organismos observó Haematococcus salinus y Protococcus. El descubrimiento de estas algas se hizo en el marco de una investigación, invitados por la Academia de Ciencias, París, de la causa de la coloración roja de saltern salmueras. En el momento se dio por sentado que los parámetros químicos y físicos son los responsables de la coloración de estas salmueras. Dunal refutó una anterior afirmación de que el color se debe al camarón de salmuera Artemia salina. La Academia entonces nombró una comisión para reexaminar la cuestión, y esta comisión confirmó el hallazgo Dunal [6], véase también [7]. Otra de las ideas presentadas en ese período fue que contribuye a la Artemia de color debido a la descomposición y parcialmente digeridas rojo flagelados ( "Monas Dunalii" Dunalii ") presentes en su intestino [8]. Hoy en día es evidente que, a pesar de β-caroteno-ricos Dunaliella salina son realmente presente en la saltern estanques, la mayoría de la coloración de la cristalizador salmuera no es causada por las algas rojas, pero por Archaea halófilas lugar [9, 10].

En el curso del siglo 19, Dunal del flagelado algas rojas ha sido observado por otros biólogos y la sal en los lagos hipersalinos y otros sitios en Crimea [11, 12], [13] Argelia, Lorena, Francia [14] y Rumanía [ 15]. Diferentes nombres se adjunta al organismo investigador por cada [1, 8, 11, 13, 15 - 20] (Tabla 1].

3. La Descripción de la Dunaliella Género

El año 1905 vio la publicación de dos documentos en profundidad la presentación de las descripciones de Dunaliella como un nuevo género, uno por Teodoresco de Bucharest CE [2], y el segundo escrito por Clara Hamburger de Heidelberg [7]. Teodoresco precedida de la publicación que por Hamburger, que sólo se enteró de la Teodoresco documento al ultimar la redacción de su propio artículo [7]:

"Anfang März un wollte ich die Ausarbeitung meiner Notizen gehen, als ich am 10. März von Herrn Prof Lauterborn eine von Teodoresco Arbeit mit dem Titel: "Organisation et développement du Dunaliella, nouveau género de Volvocaceae - Polyblepharidée erhielt, welche como Separatdruck aus dem botanischen Centralblatt soeben versendet guerra. Dunaliella ist der von mir untersuchte Organismus, den Ich schon als Vertreter einer neuen Gattung erkannt hatte. Unsere Resultaten stimmten en vielen Punkten überein, en anderen müssen meiner Ansicht erst nach weitere Untersuchungen mueren entgültige Entscheidung bringen. Da meine jedoch Studien, besonders bezüglich des innern Baues eingehender sind (Teodoresco sombrero nur lebendes Material untersucht) und ich auch einige noch bestehende Lücken ausfüllen kann; da ferner alle meine Resultate unbeinflußt von denen Teodoresco del erhalten wurden, por lo möchte ich sie dennoch veröffentlichen. " ;

[A principios de marzo [1905] que quería empezar a trabajar en mis notas, cuando el 10 de marzo recibí de Prof Lauterborn por Teodoresco un documento titulado: "Organización y desarrollo de Dunaliella, un nuevo género de la Volvocida -- Polyblepharidae ", que acaba de enviarse como separata de la Botanisches Centralblatt. Dunaliella es el organismo que yo había estado investigando, y que yo ya había reconocido como representante de un nuevo género. Nuestros resultados corresponden, en muchos aspectos, mientras que en otros aspectos soy de la opinión de que nuevas investigaciones tendrá que decidir. Sin embargo, debido a mis estudios, en particular con respecto a la estructura interna, están más a fondo (Teodoresco ha estudiado sólo viven material) y también se pueden llenar en algunos todavía las lagunas existentes en los conocimientos, y también porque mis resultados se obtuvieron con independencia de los de Teodoresco, todavía me gustaría publicar.]

Teodoresco estudiado el material extraído de una rumano lago salado, mientras Hamburger trabajado con muestras enviadas a la de su salterns de Cagliari, Cerdeña. Ambos autores presentaron dibujos detallados de los organismos (Fig. 2 y 3] y proporcionó amplia información sobre su morfología, la estructura de la célula, la reproducción, comportamiento y ecología. Una descripción formal del género Dunaliella, nombrado en honor de Dunal que había visto en estos organismos salterns en Francia casi setenta años antes, y de las dos primeras especies del género, D. Salina y D. Viridis, fue publicado en 1906 [20].

Los documentos por Teodoresco Hamburger y fueron seguidos pronto por otros. Cabe hacer especial mención de los estudios en los primeros años de Dunaliella investigación son los artículos por Cavara [21], que prorrogó el estudio del organismo en el Cagliari, Cerdeña salterns, un estudio de las algas en el Mar de Salton, California [22], una serie de ecológicos Labbé por documentos basados en observaciones hechas en el salterns de Le Croisic, en la costa atlántica de Francia [23 - 25], por los artículos Baas Becking y compañeros de trabajo, que especímenes recolectados de todas partes del mundo [26 - 28], y los estudios taxonómicos Por Hamel [29] y Lerche [30].

4. La taxonomía del género Dunaliella

Dunaliella es un género de algas unicellar pertenecientes a la familia Polyblepharidaceae. Sus células carecen de una rígida pared celular, y se reproducen por división longitudinal de la movilidad de células o por la fusión de dos células móviles para formar un zigoto.

Teodoresco [2, 20] se describen dos especies: D. Salina y D. Viridis. D. Salina tiene un poco más grandes células, y en condiciones adecuadas que sintetiza grandes cantidades de pigmentos carotenoides, colorear las células rojas brillantes. D. Viridis nunca produce tales células rojas. Es interesante observar que en los primeros años se han producido amplios debates si en realidad son dos especies presentes o si el rojo y el verde células representan las diferentes formas de la misma especie. Por ejemplo, Blanchard [13] y [7] Hamburger examinado el verde como células de las etapas juveniles de los rojos. Labbé [23, 24] es de la opinión de que las diferencias en la concentración de sal del medio ambiente son responsables de los diferentes colores de las celdas. Tras la transferencia de saltern salmuera muestras a un menor salinidad, se vio una forma de Dunaliella adaptados al agua dulce y los que carecen de pigmento rojo-marrón. Sus declaraciones de que:

"En ce qui concerne les facteurs de la transformación, l'hypothèse simpliste de Teodoresco ne peut être conservée et que ne s'agit pas là de deux espèces distinctes (D. salina et D. viridis). Il s'agit d'une alternancia de forman debido aux cambios de entorno ".

[En cuanto a los factores de la transformación, la simplista hipótesis de Teodoresco no se puede mantener, y que no tenemos aquí dos diferentes especies (D. salina y D. viridis). Nos ocupamos de una alternancia de las formas debido a los cambios ambientales.]

Y:

"L'organisme qui colore en rouge les marais salants et à qui nous pouvons conserver le nom de Dunaliella salina n'est que ultime la fase de l'évolution d'un flagellé chlorophyllien voisin de Volvocinées, très eurihyalin, qui en eau sursalée Donne les forman sténohyalines no réversibles aux forman chlorophylliennes, colorées et par un hématochrome ".

[El organismo que salterns los colores rojo y de la que podemos conservar el nombre Dunaliella salina es nada más que la última fase en el desarrollo de una muy euryhyaline clorofila que contienen flagelado relacionadas con la Volvocinae, en la que produce el agua hipersalinos stenohyaline foms que no pueden volver A la clorofila que contienen formas, y son de color por un hematochrome.]

No han resistido la prueba del tiempo. Ahora sabemos que no todas las especies de Dunaliella producir grandes cantidades de caroteno, y los que pueden, que lo hagan sólo bajo las condiciones adecuadas (la exposición a altas intensidades de luz, limitación de nutrientes, etc, ver también la sección 6). Lerche [30] por lo que vio en condiciones adecuadas todos los clones se convirtió en verde rojo, pero después de varias semanas de que se conviertan de oliva a amarillo-verde y después de varios meses en que se vuelva de color rojo.

Especies adicionales se añadirán más tarde al género, sobre todo gracias a los estudios a fondo por Lerche [30] y [31] Butcher (Tabla 2]. Lerche investigado material recogido de la sal en los lagos y Rumania en California, así como los mencionados Cagliari salterns. Ella llegó a la conclusión de que la antigua especie D. Viridis es heterogéneo y se divida en varias especies nuevas. Así, la especie D. Medios de comunicación, D. Euchlora, D. Minuta, y D. Parva fueron creados. Cabe señalar en este punto que no todas las especies mencionadas tolerar la extremadamente alta concentración de sal en el que D. Salina y D. Viridis se encuentra en la naturaleza. Algunos son normalmente organismos marinos que nunca se informó de que se produzca en los ambientes hipersalinos.

En profundidad tratamiento taxonómico del género se dio en Massyuk la monografía de 1973 [32]. Ella divide el género en dos subgenera, Dunaliella (23 especies) y Pascheria (5 especies), este último compuesto sólo de las especies de agua dulce. Algunas de las especies reconocidas por Massyuk, que eventualmente puede ser encontrado formas polimórficas de un solo taxón [33].

Una especie de gran interés es Dunaliella acidophila, aislado de las aguas y los suelos ácidos en la República Checa y en Italia [34, 35]. Esta no es una verdadera halophile acidófilas sino un alga que crece en forma óptima los valores de pH entre 0,5 y 2. En los últimos años se ha convertido en un popular objeto de investigación para el estudio de la adaptación de la vida a pH bajo ambientes [36]. Su taxonómica y filogenética afiliación a la Dunaliella especies halófilas tiene que yo sepa nunca se ha verificado.

Filogenia molecular, las técnicas se han aplicado al estudio taxonómico de Dunaliella a partir de 1999. Estos estudios han abarcado el 18S rRNA genes y el espaciador transcrito interno de las regiones, y se han basado en la comparación de secuencias de genes, así como en la longitud de los fragmentos de restricción polimorfismo de estudios. Poco se encontró correlación entre los datos moleculares y morfológicos de los atributos fisiológicos utilizados en los mayores estudios para delimitar las especies dentro del género [37, 38]. Sobre la base de secuencias de genes 18S rRNA, Olmos et al. [39] podría diferenciar entre D. Salina, D. Parva y D. Bardawil como las especies que contienen uno, dos y tres intrones, respectivamente, en el gen 18S rRNA. Los estudios moleculares han puesto de manifiesto que muchos colección de cultivos de cepas son, probablemente, mal llamadas, y que algunas especies pueden ser innecesarios que se han propuesto en el pasado.

5. Etapas de la vida sexual y la reproducción de la Dunaliella

Dunaliella salina y algunas de las otras especies se someten a los ciclos de vida complejos que abarcan, además de la división de móviles de células vegetativas, la posibilidad de la reproducción sexual. La fusión de dos gametos de igual tamaño para formar un zigoto fue documentado en muchos de los primeros estudios [7, 20, 29]. Damos las gracias muy detallado estudio de la reproducción sexual en Dunaliella a Lerche [30], quien informó zigoto sexual en la formación de cinco de las seis especies estudiadas (D. salina, D. parva, D. peircei, D. euchlora, y D. minuta ). Informó zigoto formación en D. Salina a ser inducido por una reducción de la concentración de sal del 10 al 3%. En el proceso en primer lugar, el toque flagelos, y luego los gametos forman un puente citoplásmico y fusibles. El zigoto tiene una gruesa capa exterior. Puede soportar la exposición a agua dulce y también sobrevivir largos períodos de sequedad. Estos cigotos germinar con la puesta en libertad de hasta 32 células haploides hija a través de un desgarro en la dotación de células [30]. Es bien posible que el quiste-como las estructuras observadas por Oren et al. [40] al final de una flor de color verde Dunaliella células en el Mar Muerto en 1992 fueron en realidad esos cigotos. En este caso, sin embargo, la formación de estas redondeadas, de paredes gruesas células se llevó a cabo en un momento de un aumento de la salinidad del agua. Lerche [30] realizó una serie de experimentos en los que elegante carotenoides rica en glóbulos rojos verdes se cruzaron con las células, lo que permite al investigador seguir la fusión de las dos células de los padres para formar un zigoto. Algunos de sus dibujos para ilustrar el proceso se reproducen en la Fig. 4. La posibilidad de formación de quistes de reposo asexual por D. Salina fue indicado por Hamburger [7], un hallazgo que fue impugnada por Lerche. Sin embargo, más recientemente, Loeblich [41] ha informado de la formación de quistes en dichos medios de comunicación de la reducción de la salinidad (para una discusión ver también [42]].

Dunaliella Algunas especies también pueden desarrollar una etapa vegetativa palmelloid ronda consistente de células no móviles. Lerche [30] ha documentado este fenómeno en el D. Salina culturas reducido en salinidades, y Brock [43] observaron tales palmelloid formas de Dunaliella en esteras de algas bentónicas de Gran Salt Lake, Utah.

6. Pigmentos carotenoides de Dunaliella

El pigmento responsable de la brillante coloración roja mostrada por D. Salina, a menudo designado en la literatura de mayor edad como "hematochrome", que ya fue reconocido muy pronto como un carotenoide. Como tal, fue identificado por Blanchard [13], y Teodoresco [20], Lerche [30] y [44] Ruinen confirmar esta identificación basado en la solubilidad de los pigmentos en el alcohol y en el éter y en el color azul formado en la presencia De ácido sulfúrico concentrado.

Antes de que el moderno microscopio electrónico mostró la β-caroteno como entre los gránulos de la célula thylakoids único cloroplasto, considerables diferencias de opinión existentes con respecto a la ubicación intracelular de este pigmento carotenoide de color rojo. Así, tanto Teodoresco [2, 20] y [23] Labbé declaró que el pigmento rojo se distribuyó en todo el células de citoplasma. Relativa a una reclamación por diferentes Hamburger [7], Teodoresco [20] escribió:

"Je n'hésite pas à croire que ce pigmento imprègne tout le corps des zoospores, excepté, bien entendu, l'extrémité antérieure, à l'endroit des de l'inserción flagellums".

[No vacilo en creer que el pigmento impregna todo el cuerpo de la zoospores, excepto, por supuesto, la extrema parte anterior, en el lugar donde se insertan los flagelos.]

Asimismo, Hamel [29] afirmó que a altas concentraciones de sal, D. Salina formas "hematochrome" que penetra no sólo la "cromóforo" (= cloroplasto), pero todo el citoplasma también. Por otra parte, considera el Hamburger pigmento rojo que se encuentra en pequeñas gotitas (que es el caso, por ejemplo, ver [45, 46]], pero estaba equivocado acerca de la localización de los pigmentos:

"Er tritt en Forma kleiner Tröpfchen auf, und ist, wie mir sicher scheint, nur der äußeren Alveolarschicht des Plasmas eingelagert, während das Chromatophor Träger des grünen Farbstoffes ist. Die Bemerkung Teodoresco "hématochrome imprégnant no seulement le chromatophore, mais encore tout le corps des individus âgés", stimmt mit meinen Beobachtungen nicht überein. "

[Se manifiesta en forma de pequeñas gotas, y es, como parece seguro de que a mí, sólo depositados en el exterior alveolar de la capa de plasma, mientras que el chromatophore es portador de la pigmento verde. Teodoresco por la observación de que "el hematochrome que impregna no sólo la chromatophore, sino también a todo el cuerpo de los individuos adultos" no se corresponde con mis observaciones.]

Baas Becking [27] correctamente ubicado el pigmento rojo-anaranjado en el cloroplasto, y Leche [30] se dio cuenta de que el caroteno máscaras de la clorofila, de forma que el cloroplasto puede asumir todos los tonos de color rojo-naranja a amarillo-verde, y verde oliva:

"Der ist memorización Farbstoff en Forma öliger Tröpfchen zwischen den Wabe des Chloroplasten eingelagert und nicht wie Hamburger (1905) annimmt, in der äußeren Alveolarschicht des Protoplasmas".

[El pigmento rojo se encuentra en forma de gotas oleosas entre la estructura de nido de abeja de la cloroplasto y no, como Hamburger (1905) asume, en el exterior de la capa citoplásmica protoplasto.]

Β-Caroteno, los principales carotenoides acumulados por D. Salina y D. Bardawil, es un valioso químicos, de alta demanda como un agente colorante natural de alimentos, como pro-vitamina A (retinol), como aditivo a los cosméticos, como la salud y la alimentación [47]. Algunas cepas de Dunaliella puede acumular grandes cantidades de este carotenoide. De este modo, tanto como el 13,8% de la materia seca total de la materia orgánica en el D. Salina comunidad en el Lago Rosado, Victoria, Australia, se estimó en β-caroteno [48]. También en la cultura algunas cepas pueden contener hasta un 10% y más de β-caroteno en su peso seco, incluyendo un gran porcentaje de la 9 - isómero cis [46]. Por lo tanto, el potencial biotecnológico de Dunaliella como fuente de β-caroteno se investigó ya relativamente temprana. La primera planta piloto para el cultivo de Dunaliella para la producción de β-caroteno se estableció en la URSS en 1966 [49, 50]. El cultivo comercial de Dunaliella para la producción de β-caroteno en todo el mundo es ahora una de las historias de éxito de la biotecnología halophile [51 - 53]. Las diferentes tecnologías se utilizan, de baja tecnología en el cultivo de extensas lagunas de cultivo intensivo en altas densidades de células bajo condiciones cuidadosamente controladas [54].

Uno de los métodos utilizados en esas operaciones biotecnológicas para inducir la acumulación masiva de carotenoides es la reducción de la tasa de crecimiento de privación de nutrientes. Que un alto contenido de carotenoides de las células puede ser causada por la limitación de nutrientes, así como por la alta intensidad de la luz ya estaba informado por Lerche [30]:

"Da Rotfärbung besonders die alten Kulturen en auftrat, die Annahme desfase nahe, sie en Zusammenhang mit den Ernährungsbedingungen und speziell mit dem Fehlen eines oder mehrerer Stoffe zu bringen. Da Fósforo Stickstoff und bei der pflanzlichen Ernährung häufig die Stoffe sind, die im mínima vorhanden sind, wurde das Augenmerk zunächst auf diese Stoffe gerichtet. "

[A medida que la coloración roja se produjeron sobre todo en las culturas antiguas, es razonable suponer una correlación con las condiciones nutricionales y, en particular, con la ausencia de uno o más compuestos. Como el fósforo y el nitrógeno en la nutrición de las plantas son a menudo las sustancias presentes en la limitación de las cantidades, dirigimos nuestra atención en primer lugar a estas sustancias.]

7. Dinámica de la Población de Dunaliella en Salt Lagos y Salterns

Sólo unos pocos estudios se han dedicado a la evaluación cuantitativa de las poblaciones de Dunaliella en los lagos de sal y salterns, la dinámica de su aparición y declive, y su contribución a la producción primaria en sus hábitats. Stephens y Gillespie (1976) informó de las mediciones de la producción primaria en el brazo sur del Gran Salt Lake, Utah, realizada en 1973 (en torno a la salinidad de 135 g / l). Post [56] informó de que en la temporada fría, ronda quiste-como las células de D. Salina aumentado en número en el Gran Lago Salado, en especial en la parte inferior del lago. En el Mar Muerto, verde Dunaliella células se han notificado desde el decenio de 1940 [57]. Las primeras estimaciones cuantitativas de la Dunaliella población en el lago se hicieron en 1964, y se mostró muy altos números: hasta 4 × 10 4 células por ml de agua de la superficie (época de muestreo no especificado) [58]. Vigilancia sistemática de la densidad de población en las diferentes estaciones y profundidades en el mar Muerto a partir de 1980 han dado una imagen clara de los factores que determinan el desarrollo de la alga en este inusual medio ambiente. Las altas concentraciones de iones de calcio y magnesio son conocidas por ser inhibidor de Dunaliella desde Baas-Becking de estudios anteriores [27]. Dunaliella flores, por lo tanto, se producen en el Mar Muerto sólo cuando excepcionalmente húmedos inviernos durante la parte superior de las capas de agua del lago convertido suficientemente diluida para que Crecimiento, y cuando el fosfato, el nutriente limitante, está disponible. Este tipo de acontecimientos se han observado en 1980 y de nuevo en 1992 [40, 59].

Sorprendentemente, se sabe muy poco sobre los factores que determinan la dinámica de Dunaliella en saltern estanque sistemas. Por lo tanto, es interesante observar que algunos de los más estudios en profundidad sobre este tema se realizaron a principios de los años 1920 en el salterns de Le Croisic, en la costa atlántica de Francia, donde la sal es una operación de temporada. Labbé [23, 25] mostraron cambios en la estructura de la comunidad de algas y estas relacionadas a los cambios en la salinidad ( "presión osmótica; viscosidad") de la salmuera, pero reconoció también la función de la intensidad de la luz y la temperatura del agua, así como Como la del pH. En base a la errónea suposición de que los más pequeños y los más grandes verde Dunaliella células rojas son las etapas en el desarrollo de un único organismo (ver sección 4 supra), describió un ciclo anual en el que en el inicio del invierno, pocos móviles células rojas ( " ; Érythrospores ") y pequeñas células móviles verde (" chlorospores ") están presentes [24]. Dilución de las aguas por las lluvias invernales provoca la formación de quistes de color rojo ( "érythrocystes"), pero el "chlorospores" se desarrollan rápidamente, conjugado, y el formulario de "chlorocystes". Cuando aumenta la concentración de sal en la temporada de verano, de color rojo móviles células empiezan a aparecer, siempre acompañado por verdes células:

"Peu à peu, les érythrospores provenant de chlorospores prolifèrent, et leur dominio est fonction de la concentración salina".

[Poco a poco el "erythrospores" que se forman a partir de "chlorospores" proliferan, y su dominio es una función de la concentración de sal.]

8. La sal y el cultivo de Dunaliella Tolerancia

Los primeros experimentos controlados para evaluar el efecto de la salinidad sobre la tasa de crecimiento de Dunaliella diferentes aislamientos se registraron en la década de 1930. - Baas Becking [27] observó que D. Viridis prospera igualmente bien en toda la gama de 1-4 M (6-23%) y más de NaCl intervalo de pH 6-9. Encontró los iones de calcio y magnesio en altas concentraciones a ser inhibitoria. Más detallada y bien documentada de los experimentos, usando una variedad de especies y de los aislamientos, se informó por Lerche [30]. Ella encontró a la mayoría de cepas crecen óptimamente entre el 2 y el 8% de sal, con un crecimiento muy lento, en su caso, a las concentraciones de sal por encima del 15% (Fig. 5]. Entre 0,47 y 1,22 por día divisiones se registraron en condiciones óptimas.

Las necesidades nutricionales de las diferentes cepas de Dunaliella fueron investigados en profundidad por Gibor [60], Johnson et al. [61], Van Auken y McNulty [62], y otros, que permitan la optimización de los medios de comunicación a crecer el alga. Concentraciones de sal óptima para el cultivo varía según la cepa, con valores reportados por D. Viridis alrededor del 6%, por D. Salina en torno a un 12% [42], mientras que Gran Lago Salado diferentes tenían la optima de 10-15% o incluso el 19% de sal [43, 62]. Una tendencia general, observada en todos estos estudios, es que la salinidad de los ambientes de las cepas que se han aislado fue siempre muy superior a la concentración de sal que se encuentran en óptimas experimentos de laboratorio. Esto bien puede reflejar el hecho de que el crecimiento de un organismo se produce en un determinado entorno no necesariamente significa que ese medio es óptima para su desarrollo, sino más bien de que el organismo lleva a cabo allí mejor que todos sus competidores.

9. Osmótica comportamiento de las células de Dunaliella

Dunaliella células carecen de una rígida pared celular, y las células se adjunta únicamente por una fina membrana plasmática elástica. Como resultado, las células de morfología está fuertemente influenciada por los cambios osmóticos. Esto fue documentado ya en los primeros días. Las descripciones por Teodoresco [2] son muy exacto aquí, y ellos merecen ser citados íntegra:

"Ces zoospores sont dépourvues de membrana cellulosique; celle-ci est représentée par une enveloppe qui possède une certaine souplesse et une certaine extensibilité, qui permite au cuerpo de prendre les forman assez variées, suivant la concentración de l'eau. Ce un punto de vue, le género Dunaliella diffère totalement de toutes les espèces de Chlamydomonas ... "

[Zoospores Estos carecen de una pared celular de celulosa, en lugar de células hay una dotación que posee una cierta flexibilidad y una cierta elasticidad, que permite que el cuerpo a tomar formas muy diferentes, de acuerdo con la [sal] concentración de la agua. En este sentido, el género Dunaliella difiere por completo de todas las especies de Chlamydomonas ...]

Y:

"Así, si nous plaçons une goutte d'eau salée, contenant des zoospores, sur le porte-objet, en constate, au microscopio, qu'elles se présentent sous la forme mentionée plus haut. Mais si nous laissons la goutte s'évaporer un peu, en observar que le corps à comenzar s'allonger et à se difformer ... ; Si nous ajoutons alors à la préparation une goutte d'eau douce, les zoospores s'arrondissent brusquement .... Cette expérience, que j'ai répétée un trés grand nombre de fois, m'a toujours donné les mêmes résultats ".

[Así, cuando ponemos una gota de agua salada que contiene zoospores [= movilidad de células vegetativas] sobre un portaobjetos de microscopio, se detecta en el microscopio de que estos se presenten en la forma antes descrita. Sin embargo, cuando dejamos que la caída evaporar un poco, se observa que el cuerpo comienza a alargar y perder su forma. ... ; Cuando luego añadir a la preparación una gota de agua dulce, de repente la zoospores ronda. .... Este experimento, que he repetido un gran número de veces, me ha dado siempre los mismos resultados.]

Los fenómenos antes descritos se ilustran en la Fig. 2, dibujos 9-29 y 30-31, respectivamente. Teodoresco además escribe:

"Si à une goutte d'eau salée sobre ajoute une plus grande goutte d'eau douce, ce qui amène une abaissement brusco de la concentración, les zoospores no seulement s'arrondissent, mais encore cessent leurs movimientos; volumen le corps du augmente Et devient parfois deux fois plus grand et à la fin la zoospore éclate. La causa de cet éclatement n'est pas difficile à comprendre: c'est l'méchanique acción de la pression osmotique trop élevée par rapport à la densité diminuée du milieu ambiant. "

[Si a una gota de agua salada se añade una gran gota de agua dulce, lo que lleva a una repentina disminución de la concentración, no sólo la zoospores ronda, pero además cesar sus movimientos; el volumen del cuerpo aumenta y, en ocasiones, se convierte en dos veces Tan grande, y, finalmente, el zoospore ráfagas. La causa de esta explosión no es difícil de entender: es la acción mecánica de la presión osmótica demasiado alta en comparación con la disminución de la densidad del medio ambiente.]

Lerche [30] Asimismo, observó la osmótica cambios que se producen cuando la concentración de sal es cambiado. Señaló que cuando una gota de D. Salina células en suspensión en un 20% de sal se inunda con agua destilada, una gran fracción de las células ráfaga, pero algunas células sobrevivieron al tratamiento.

10. Intracelular de la sal y la concentración de soluto Dunaliella

Marrè y Servetta ([63], como se cita en [61]] describe las mediciones del punto de congelación del fluido frente al citoplasma de D. Salina para obtener información sobre la concentración intracelular de la sal. Los resultados indican una aparente "sal" de concentración que superen los 3,9 M de sal en las células que se cultivaron. En el momento en que se postula que NaCl, se ha recogido a través de la supuestamente muy permeable membrana celular durante la sal upshock, seguidas de un flujo de agua para igualar intracelular y extracelular presión osmótica [63 - 65].

Que la concentración de sal Dunaliella dentro de las células que no pueden ser de alta, fue demostrado fehacientemente por la enzymological estudios por Johnson et al. (1968), que demostraron que algunas de las principales enzimas del metabolismo de las algas como la pentosa fosfato isomerasa, ribulose bisphosphate carboxylase, glucosa-6-fosfato deshidrogenasa y phosphohexose isomerasa, se inhibió por NaCl. Ahora sabemos que las concentraciones intracelulares de Dunaliella iónicos son muy bajos en verdad. El uso de iones de litio como marcador para el espacio extracelular de agua para estimar el volumen intracelular, la concentración intracelular de Na +, tanto en las células cultivadas en 0,5 M y en 4 M NaCl, se encontró no superior a los 100 mM [66]. Los bajos niveles intracelulares de Na + se logran por la actividad de la Na + / H + antiporter en la membrana citoplasmática [67], así como por el transporte directo de electrones-junto Na + extrusión [68].

El enigma de la aparente incompatibilidad entre la baja concentración iónica intracelular y la necesidad de equilibrio osmótico de las células de los contenidos con el medio externo se resolvió con el descubrimiento de que las células se acumulan fotosintéticamente producido glicerol como osmótica, "compatible" soluto. Es interesante observar que las primeras experiencias en que los efectos de glicerol en Dunaliella se pusieron a prueba ya había sido realizada por Teodoresco [20], casi cien años atrás. Se examinó el efecto de glicerol y otros compuestos no iónicos que normalmente causa plasmolysis. Señaló que D. salina cells temporarily lose their motility when suspended in 50% glycerol, but that motility is rapidly restored when the glycerol concentration is then slightly lowered in a humid environment. With 75% glycerol results were largely similar, except that a large fraction of cells died, and in 100% glycerol only few cells survived.

The first indications that glycerol is accumulated by Dunaliella to provide osmotic balance can be found in a short paper published in 1964 by Craigie and McLachlan [ 69 ]. They incubated D. tertiolecta with 14 CO 2 , then extracted the cells with ethanol, separated the neutral fraction containing soluble carbohydrates and related compounds using ion exchange procedures, and characterized the compounds by two-dimensional paper chromatography and autoradiography. When the salinity of the medium was increased 100-fold from 0.025 to 2.5 M, 94-fold more radioactivity was found in the neutral fraction. Glycerol amounted to 56, 76, and 81% of the radioactivity of the neutral fraction extracted from cells incubated in 0.025, 0.5, and 2.5 M NaCl, respectively, most of the remainder probably consisting of soluble polysaccharides. In a subsequent study, Wegmann [ 70 ] confirmed that the proportion of the radiolabel from 14 C-bicarbonate that ends up as glycerol increases with increasing salt concentration up to 2.8 M. He postulated that "The glycerol formation is considered to be a protective mechanism for the survival of Dunaliella in its natural habitat".

The role that glycerol plays in the salt adaptation of Dunaliella was firmly established by the studies of Ben-Amotz and Avron [ 71 ] and Borowitzka and Brown [ 72 ]. The concept of "compatible solutes", a term coined by Duncan Brown to indicate solutes that not only contribute to the osmotic status of the cell but also maintain enzyme activity under conditions of low water activity, was largely based on the study of the function of glycerol in Dunaliella .

Intracellular glycerol concentrations in Dunaliella can be very high indeed: cells grown in 4 M NaCl were reported to contain approximately 7.8 M glycerol inside, equivalent to a solution of 718 gl -1 glycerol in water [ 73 ]. Maintenance of such a high concentration requires special properties of the cell membrane in view of the fact that most biological membranes are relatively permeable to glycerol. It has been established that Dunaliella possesses a membrane with an unusually low permeability for glycerol [ 74 , 75 ], and this enables the cells to keep the glycerol inside the cell. The causes of the low glycerol permeability of the Dunaliella membrane are still not fully understood.

Attempts have been made to exploit the high concentrations of glycerol accumulated by Dunaliella as the basis for the commercial production of this compound. Although technically the production of glycerol from Dunaliella was shown to be possible [ 51 , 52 , 76 ] economic feasibility is low, and to my knowledge no biotechnological operation presently exists that exploits the alga for glycerol production.

11. Proteomics Approaches to the Understanding of Salt Tolerance in Dunaliella

A versatile organism such as Dunaliella that can adapt to a wide variety of salt concentrations can be used as a convenient model to study the formation of specific proteins as a function of changes in medium salinity. Such proteomic approaches have led to some interesting observations in recent years.

A number of such studies were directed to the detection of changes in the protein content of the cytoplasmic membrane, whose outer side is exposed to the medium salinity, when the cells are shifted from low to high salinity. Two membrane proteins were strongly induced by salt upshock, one with an apparent molecular mass of 60 kDa [ 77 ] and one of 150 kDa [ 78 ]. These proteins have been purified and characterized. The 60 kDa protein is a carbonic anhydrase that apparently helps the cell to take up carbon dioxide in concentrated brines in which the solubility of gases is decreased [ 79 ]. The 150 kDa protein is an unusual transferrin-like protein, involved in the transport of iron into the cell [ 80 ].

With a study published in 2004 by Liska et al. [ 81 ], Dunaliella research has entered the era of modern proteomics. Comparison of protein patterns of low-and of high-salt-grown cells were compared on two-dimensional gels led to the identification of 76 salt-induced proteins. Among the proteins up-regulated following salinity stress were key enzymes in the Calvin cycle, enzymes involved in starch mobilization and in redox energy production, regulatory factors in protein biosynthesis and degradation, and a homolog of bacterial Na + -redox transporters. The results indicate that Dunaliella responds to transfer to a high salinity by enhancement of photosynthetic CO 2 assimilation and by diversion of carbon and energy resources for synthesis of glycerol. This beautiful study is a worthy conclusion of the first century of Dunaliella research, and provides us with a preview of the kind of information that may be expected to be obtained in the coming years, using approaches of genomics, proteomics and systems biology.